1、中图分类号：TN911.2 论文编号： 1028704 15-SZ028学科分类号：085208硕士学位论文高效超高频 RFID 读写器设计研究生姓名 王绍龙专 业 类 别 工程硕士专 业 领 域 电子与通信工程指 导 教 师 刘冰 副教授南京航空航天大学研究生院 电子信息工程学院二 一四年十二月Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsThe Graduate SchoolCollege of Electronic and Information EngineeringResearch on Efficient UHF RFID Re
2、ader A Thesis inElectronic and Communication EngineeringByShaolong WANGAdvised byAssoc. Prof. Bing LIUSubmitted in Partial Fulfillmentof the Requirementsfor the Degree ofMaster of Engineering February, 2014承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空
3、航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名： 日 期： 摘 要当前 RFID 系统在应用过程中，面临着仓储、物流和生产等复杂外部环境引起的读写器天线失配以及读写器本身收发通道隔离度不高等情况，这些情况会引起发射的载波信号泄露到接收通道，降低读写器的性能。为了解决这个问题，本文从超高频 RFID 读写器的定向耦合器设计和天线阻抗匹配电路设计两个方面展开了研究，主要研究内容如下：1、针对由于读写器收发通道隔离度不高
4、造成的载波泄露问题，通过采用高隔离度的定向耦合器，设计了一款基于 Impinj 公司 R2000 读写器芯片和 Atmel 公司 AT91SAM7S256 基带处理芯片的超高频 RFID 读写器，测试结果表明使用 8dBi 的圆极化天线在输出功率为 +30dBm 时最大读写距离可达到 8m。2、针对由于读写器天线失配造成的载波泄漏问题，设计了一款可重构双枝节匹配电路。该阻抗匹配电路基于传统的双枝节匹配电路，并在每条枝节的末端加载了一个变容二极管，通过调节变容二极管的偏置电压来实现可重构。通过对两款中心频率为 915MHz 的 RFID 天线进行阻抗匹配测试，表明该阻抗匹配电路可使两款天线在 9
5、02928MHz 频段范围内回波损耗均减小 10dB 以上，改善效果显著。3、为了测试由于读写器天线失配造成的载波泄露对读写器的影响，对读写器在加与不加阻抗匹配电路两种情况下分别进行了性能测试。测试结果表明该阻抗匹配电路可有效减小泄露到接收通道的载波，改善读写器的性能，具有较强的实用性。关键词：超高频，RFID，R2000，阻抗匹配，载波泄露ABSTRACTNowadays the Radio Frequency Identification (RFID) is getting more and more attention for the concept of smart being pro
6、posed. However the RFID system hasnt been so prefect that lots of factors can influence the performance of the system, like the antenna mismatch caused by complex outside environments or the inadequate isolation between the T/R channels of the reader, which will make the carrier signal transmitted l
7、eak to the receiving channel, reducing the readers performance.We plan to solve the problem mentioned above from two aspects: one is the design of directional coupler of the reader and another is the design of impedance matching circuit for antenna. The detail will be introduced as follows:1For the
8、carrier leakage caused by the inadequate isolation of the directional coupler, we designed a reader with a directional coupler of high isolation. The reader is based on the reader chip R2000 produced by Impinj and the baseband chip AT91SAM7S256 produced by Atmel. The test result indicates that the m
9、aximum reading distance can be up to 8m with the circularly polarized antenna for 8dBi when the output power is +30dBm.2As for the carrier leakage caused by the antenna mismatch, a reconfigurable impedance matching circuit based on conventional double-stub match is designed. Through the varactor dio
10、de loaded at the end of each stub, reconfiguration can be achieved by adjusting the bias voltage across the varactor diode. The test has been carried out using two kinds of antennas whose operation frequency is 915MHz, and the result shows that the impedance match circuit designed in this thesis can
11、 decrease the return loss of the two antennas by 10dB.3The performance test of UHF RFID reader was carried out in the cases of with and without the impedance matching circuit. The result shows that the matching circuit can effectively reduce the carrier leakage，improve the readers performance and ha
12、s a strong practicability. Keywords: UHF，RFID，R2000，impedance matching，carrier leakage目 录第一章 绪论 .11.1 研究背景与意义 .11.2 RFID 技术国内外研究现状 .11.3 RFID 技术发展面临的问题 .21.4 RFID 技术发展趋势 .31.5 选题依据与论文结构 .3第二章 RFID 系统性能分析 .52.1 超高频 RFID 系统基本原理 .52.1.1 超高频 RFID 系统组成 .52.1.2 基本工作原理 .62.2 超高频 RFID 系统性能分析 .72.2.1 超高频 RFI
13、D 系统性能指标 .72.2.2 超高频 RFID 读写器结构 .72.3 射频前端接收信号分析 .82.4 载波抑制方案设计 .102.5 本章小结 .10第三章 读写器设计及测试 .113.1 射频前端收发芯片选型 .113.2 读写器结构设计 .123.3 射频前端设计 .123.3.1 R2000 读写器芯片介绍 .123.3.2 射频发射通道 .133.3.3 射频接收通道 .183.4 基带处理电路设计 .193.5 PCB 设计 .203.5.1 PCB 叠层结构 .203.5.2 元器件布局 .213.5.3 布线设计 .223.5.4 PCB 加工 .223.6 读写器测试
14、.223.6.1 基带处理电路测试 .223.6.2 射频前端测试 .233.6.3 读写距离测试 .273.7 本章小结 .28第四章 可重构双枝节匹配电路设计 .294.1 阻抗匹配电路介绍及选型 .294.1.1 阻抗匹配方法 .294.1.2 阻抗匹配电路选型 .344.2 变容二极管选型 .344.2.1 可重构实现方式 .344.2.2 变容二极管特性 .344.2.3 直流偏置电路设计 .354.3 双枝节匹配电路设计 .364.3.1 具体参数计算 .364.3.2 加工及测试 .374.4 本章小结 .40第五章 读写器性能对比测试 .415.1 读写器性能影响因素分析 .415.2 读写器性能对比测试 .425.3 本章小结 .44第六章 总结与展望 .45参考文献 .47致谢 .50在校期间的研究成果及发表的学术论文 .51
